01

電機(jī)控制器

電機(jī)控制器是連接電機(jī)與電池的神經(jīng)中樞，用來調(diào)校整車各項(xiàng)性能，足夠智能的電控不僅能保障車輛的基本安全及操控，還能讓電池和電機(jī)發(fā)揮出充足的實(shí)力。

02

電機(jī)控制器的工作過程

電機(jī)控制器單元的核心，便是對驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制。動(dòng)力單元的提供者--動(dòng)力電池所提供的是直流電，而驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需要的，則是三項(xiàng)交流電。因此，電控單元所要實(shí)現(xiàn)的，便是在電力電子技術(shù)上稱之為逆變的一個(gè)過程，即將動(dòng)力電池端的直流電轉(zhuǎn)換成電機(jī)輸入側(cè)的交流電。



為實(shí)現(xiàn)逆變過程，電控單元需要直流母線電容，IGBT等組件來配合一起工作。當(dāng)電流從動(dòng)力電池端輸出之后，首先需要經(jīng)過直流母線電容用以消除諧波分量，之后，通過控制IGBT的開關(guān)以及其他控制單元的配合，直流電被終逆變成交流電，并終作為動(dòng)力電機(jī)的輸入電流。如前文所述，通過控制動(dòng)力電機(jī)三項(xiàng)輸入電流的頻率以及配合動(dòng)力電機(jī)上轉(zhuǎn)速傳感器與溫度傳感器的反饋值，電控單元終實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制。



下圖是一個(gè)典型的純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)電氣圖，其中藍(lán)色線是低壓通訊線，通訊、傳感器、低壓電源等等都要通過這個(gè)低壓接頭引出，連接到整車控制器和動(dòng)力電池管理系統(tǒng)。



紅色線為高壓動(dòng)力線。兩對高壓接口。一對輸入接口，用于連接動(dòng)力電池包高壓接口；另外一對是高壓輸出接口，連接電機(jī)，提供控制電源。

電機(jī)工作原理的不同，直接影響調(diào)控過程的復(fù)雜程度和精確性。

按照控制從易到難排列，分別是直流無刷電機(jī)，永磁同步電機(jī)，開關(guān)磁阻電機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)。

電控的難易，既包括硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的規(guī)模大小、造價(jià)高低，也包括軟件算法實(shí)現(xiàn)的控制精度高低和為了達(dá)到這個(gè)精度所采用的策略和方法的魯棒性的好壞。

人們期待得到的是硬件結(jié)構(gòu)簡單，軟件算法簡潔，控制精度高，系統(tǒng)穩(wěn)定性好的控制系統(tǒng)。

03

 電機(jī)控制器主電路選擇

選擇依據(jù)：電機(jī)控制器作為一部特定功能的逆變器，它利用電力電子技術(shù)中的調(diào)壓調(diào)頻技術(shù)，將動(dòng)力電池中存儲(chǔ)的直流電，調(diào)制成控制電機(jī)所需的矩形波或者正玄波交流電，改變輸出電力的電壓、電流幅值或者頻率，進(jìn)而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，達(dá)到控制整車速度、加速度的目的。

電力電子電路設(shè)計(jì)，根據(jù)不同的調(diào)速需求，做出復(fù)雜程度不同，造價(jià)也不同的設(shè)計(jì)。

例如針對直流電機(jī)的控制。若采用單管斬波器電路，只能單向調(diào)速，電流不能換向；若采用雙管斬波器電路，可以實(shí)現(xiàn)能量回饋動(dòng)作，但是還是不能使得直流電機(jī)換向；若采用H橋型斬波電路，可以直流電機(jī)調(diào)速，可以能量回饋，可以勵(lì)磁電流可以反轉(zhuǎn)。

但是以上的三個(gè)選擇，一個(gè)比一個(gè)復(fù)雜，一個(gè)比一個(gè)造價(jià)高。需要設(shè)計(jì)者在性能和成本之間做出選擇，貴的不一定是好的，適合的才好。

04

分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車集成式控制

分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車可控性好、傳動(dòng)鏈短、結(jié)構(gòu)緊湊、車內(nèi)空間利用率高等優(yōu)點(diǎn)，一直是研發(fā)的焦點(diǎn)。而且各個(gè)車輪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)均能獨(dú)立控制，通過電機(jī)轉(zhuǎn)矩的合理分配，充分利用電機(jī)區(qū)間，并結(jié)合回饋制動(dòng)策略，能夠提高車輛的經(jīng)濟(jì)性。

為了提升控制系統(tǒng)對于車輛參數(shù)、狀態(tài)以及車輛行駛環(huán)境適應(yīng)性，需要設(shè)計(jì)滿足控制需求的狀態(tài)估計(jì)與參數(shù)辨識(shí)算法，同時(shí)保證控制-估計(jì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而分布式驅(qū)動(dòng)為車輛狀態(tài)估計(jì)算法提供了更大的可能。

為了保證分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車在復(fù)雜工況下的良好行駛性能，解決多控制目標(biāo)、多控制功能、多執(zhí)行器和多維運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)問題，集成控制成為分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車動(dòng)力學(xué)控制當(dāng)前的研究重點(diǎn)。

傳統(tǒng)的獨(dú)立設(shè)計(jì)的控制器有各自明確的控制目標(biāo)。但是各系統(tǒng)間存在一定程度上的功能重疊和干擾，因此，多個(gè)執(zhí)行系統(tǒng)的動(dòng)作分配和多個(gè)控制目標(biāo)的協(xié)調(diào)便是系統(tǒng)集成控制策略的關(guān)鍵。

05

電控系統(tǒng)效率優(yōu)化技術(shù)

電控系統(tǒng)效率提升1%，對整車經(jīng)濟(jì)性以及重量都很有優(yōu)勢，效率優(yōu)化技術(shù)包括載頻動(dòng)態(tài)調(diào)整、DPWM發(fā)波技術(shù)、過調(diào)制技術(shù)、廣域HSM電機(jī)。



載頻動(dòng)態(tài)調(diào)整技術(shù)



電控系統(tǒng)主要的損耗來源是逆變器部分，逆變器損耗70%來自開關(guān)部分。



從開關(guān)損耗角度降低，研究了載頻動(dòng)態(tài)調(diào)整技術(shù)。通過仿真試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，調(diào)整開關(guān)頻率后，控制器效率大可以提升2%左右，使用動(dòng)態(tài)載頻率技術(shù)，尤其是在低轉(zhuǎn)速，對載頻要求不那么高的時(shí)候，調(diào)整載頻可以有效降低控制器的損耗，提供控制器的效率，初步預(yù)計(jì)每100公里可以提供1.5公里左右，載頻不能無限制下調(diào)，還需要考慮整車噪音和電機(jī)控制的需要。

DPWM發(fā)波技術(shù)應(yīng)用



不連續(xù)發(fā)波的技術(shù)應(yīng)用，采用DPWM技術(shù)比COWM技術(shù)減少1/3的開關(guān)次數(shù)，可以降低開關(guān)次數(shù)，達(dá)到減少開關(guān)損耗的目的。



當(dāng)調(diào)制比M>0.816，CPWM和DPWM調(diào)制下的諧波近似相同。此區(qū)域可采用DPWM技術(shù)以降低器件損耗。

過調(diào)制技術(shù)應(yīng)用



控制器損耗包括開關(guān)損耗和導(dǎo)動(dòng)損耗。導(dǎo)動(dòng)損耗與輸出電流有很大關(guān)系，輸出功率一定的情況下，輸出電流降低對應(yīng)輸出電壓需要相應(yīng)提高。



通過加入過調(diào)制，能有效提高弱磁區(qū)輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩，提高輸出電壓4%，峰值功率對應(yīng)提高4%左右，改善整車在高速的動(dòng)力性能；

通過加入過調(diào)制，輸出相同功率，電流會(huì)明顯降低，能減小系統(tǒng)發(fā)熱，提高控制器的過載能力，改善整車動(dòng)力性能；



通過加入過調(diào)制，能有效提高基波電壓，與沒有過調(diào)制相比，可以有效提高電機(jī)效率，電機(jī)電流能明顯減?。?~8%），效率提高可以有效延長續(xù)航里程。

廣域HSM電機(jī)



除了電控效率提升，還包括電機(jī)效率提升。



HSM電機(jī)混合同步電機(jī)，相比IPM電機(jī)可以兼顧低速區(qū)效率和高速區(qū)效率。HSM尤其在中高速恒功率運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，效率優(yōu)勢更加明顯。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在低速區(qū)、高速區(qū)，HSM效率高于常規(guī)IPM電機(jī)，總體來看使用HSM技術(shù)之后可以提高電機(jī)效率。

考慮整車工況的綜合能效定向優(yōu)化技術(shù)，通過調(diào)整電機(jī)各損耗分量比例，實(shí)現(xiàn)效率的定向優(yōu)化，結(jié)合具體車型路況信息，定制化開發(fā)綜合能效更高的電機(jī)，提高續(xù)航里程。

06

電動(dòng)汽車電機(jī)控制器技術(shù)發(fā)展趨勢

高安全性,這個(gè)是基本要求。集成功能越來越多,安全要求越高。

高功率密度化。外形體積隨分裝向小型化發(fā)展。

高壓化是基本趨勢。GBT的方向是650V IGBT的設(shè)計(jì)往更高的750V以及1200V 。

EMC等級越來越高。接下來要做到class5水平。

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